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19/01/2015
1
Kristalline Medien zur Entsorgung von HAA: Lehren aus der Natur
Prof. Dr. Reto Gieré Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften
2
Australian Nuclear Science & Technology Organisation
Argonne National Laboratory, USA
Pacific Northwest National Laboratory, USA
Natural History Museum London, UK
Hiroshima University, Japan
Nagoya University, Japan
Cambridge Center for Ceramic Immobilisation, UK
SIA Radon, Moscow, Russia
Institute of Geology of Ore Deposits, Moscow, Russia
19/01/2015
2
3
Zeitachse -1
Mio
-100
,000
+100
,000
-10,
000
+10,
000
-100
0
+100
0
-100
+100
+10
-10
+1 M
io
heute
4 http://www.nagra.ch/de/fuerhaa.htm
Tiefenlager für HAA
1
19/01/2015
6
11 Gieré et al. (2001)
Ca U
200 µm
440 Ma
Pyrochlor, Mozambique
12
Radioaktiver Zerfall
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Spaltprodukte (z.B. 137Cs)
Aktinide (z.B. 239Pu)
Zeit (y)
Häu
figke
it
19/01/2015
7
13
Radioaktiver Zerfall
• 238U 206Pb + 8 α + 6 β- + E
• 235U 207Pb + 7 α + 4 β- + E
• 232Th 208Pb + 6 α + 4 β- + E
Dosis (α/mg) D = 8N238 e
t!238 !1( )+ 7N235 et!235 !1( )+ 6N232 e
t!232 !1( )
14
α- Zerfall
19/01/2015
9
17
α- Zerfall
α-Spur (fission track) Reichweite: 10-20 µm
α-Rückstoss-Spur Reichweite: 10-20 nm
18
10 nm
10 nm
Stavern (Norwegen) 300 Ma 0.3x1016 α/mg
Bergell (Italien) 32 Ma 0.06x1016 α/mg
Zirkonolit
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10
19
50 µm
40 Ma
Fergusonit, Italien
Gieré et al. (2009)
20
40 Ma 20 µm
Pyrochlor, Italien
19/01/2015
11
Lumpkin et al. (2014)
107 108 1010 106 1015
1016
1017
1018
109
t (y)
Dos
is (α
/mg)
amorph
Pyrochlor
Zirkon
Zirkonolit
22
Photo: J. Scovil 5 cm
Brennstäbe
Spaltprodukte (z.B. 137Cs)
Uraninit (UO2)
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12
23
Tiefenlager für HAA
24
Cigar Lake, Canada
100 m
Gauthier-Lafaye et al. (2004)
Lagerstätte (~1.5 Ga), eingebettet in Tone
Alterierter Sandstein
Kristallin Regolith
Sandstein
Qtz
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13
25
Oklo, Gabon
Reaktor (2 Ga)
5 m
Gauthier-Lafaye et al. (1989)
Sandstein
Konglomerat
Tone
Schwarzschiefer
Sandstein
26
Tongesteine
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15
29
Karbonate Gips/Anhydrit Steinsalz Bittersalze
30
Salzstock Gorleben
NW SE
Tertiär Quartär
Hauptsalz
Hutgestein
Kaliflöz Strassfurt Hauptanhydrit
Erkundungssohle
200 m
BMU (2010)
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18
35 BGR (2007)
Tone Salz
Untersuchungs- würdige
Wirtsgesteine
36
Lösung des Problems
Lehren aus der Natur Materialien für HLW Technische Barrieren Wirtsgesteine Zeitachse
Herausforderungen Bevölkerung Atomsemiotik Politik
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19
37
38
Zitierte Literatur BGR (2007) Endlagerung radioaktiver Abfälle in Deutschland: Untersuchungen und
Bewertung von Regionen mit potenziell geeigneten Wirtsgesteinsformationen. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover
BMU (2010) Weitererkundung des Salzstocks Gorleben - Broschüre zur Öffentlich-keitsarbeit. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit und Bundesamt für Strahlenschutz (www.bmu.de)
Gauthier-Lafaye F., Weber F., Ohmoto H. (1989) Natural Fission Reactors of Oklo. Economic Geology 84, 2286-2295
Gauthier-Lafaye F., Stille P., Bros R. (2004) Special Cases of Natural Analogues: The Gabon and Cigar Lake U ore deposits. In: Gieré R. & Stille P.: Energy, Waste and the Environment: A Geochemical Perspective. Geological Society, London, Special Publications 236, 123-134
Gieré R., Buck E.C., Guggenheim R., Mathys D., Reusser E., Marques J. (2001): Alteration of uranium-rich microlite. Materials Research Society, Symposium Proceedings 663, 935-944
Gieré R., Williams C.T., Wirth R., Ruschel K. (2009) Metamict Fergusonite-(Y) in a spessartine-bearing granitic pegmatite from Adamello, Italy. Chemical Geology 261, 333-345
Lumpkin G.R., Gao Y., Gieré R., Williams C.T., Mariano A.N., Geisler T. (2014): The role of Th-U minerals in assessing the performance of nuclear waste forms. Mineralogical Magazine, 78, 1071-1096